《農(nóng)業(yè)生物反應(yīng)器》PPT課件.ppt

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1、2021-4-22 1 第 六 章 2021-4-22 2 本 章 內(nèi) 容第一節(jié) 生物反應(yīng)器的含義第二節(jié) 動(dòng)物生物反應(yīng)器第三節(jié) 植物生物反應(yīng)器 2021-4-22 3 第 一 節(jié) 生 物 反 應(yīng) 器 的 含 義生物反應(yīng)器指能夠生產(chǎn)外源蛋白的轉(zhuǎn)基因生物體。細(xì)菌、酵母、植物、昆蟲、動(dòng)物或動(dòng)物細(xì)胞都是很好的生產(chǎn)系統(tǒng)。創(chuàng)制生物反應(yīng)器的根本目的： 獲得相應(yīng)基因產(chǎn)品。 2021-4-22 4 生 物 反 應(yīng) 器 評(píng) 價(jià)各系統(tǒng)都有其特定的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。原核生物和植物：基因改造容易、成本低，繁殖速度快。但所生產(chǎn)的蛋白生物活性不完善。昆蟲生物反應(yīng)器：產(chǎn)量往往不高。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物：生產(chǎn)的蛋白具有生物活性，且純化簡(jiǎn)單、投

2、資少、成本低，對(duì)環(huán)境沒有污染。但獲得較困難。最有前途的生產(chǎn)系統(tǒng)還是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。 2021-4-22 5 第 二 節(jié) 動(dòng) 物 生 物 反 應(yīng) 器 利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)人們所需要的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，這種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物被稱為動(dòng)物生物反應(yīng)器或者動(dòng)物個(gè)體表達(dá)系統(tǒng)。 2021-4-22 6 一 、 研 究 意 義基因產(chǎn)品的制備 細(xì)菌發(fā)酵法（傳統(tǒng)法），如人胰島素、干擾素及生長(zhǎng)素等。但某些蛋白質(zhì)無法生產(chǎn)。 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)法，規(guī)模有限，難批量生產(chǎn)。 動(dòng)物反應(yīng)器，生產(chǎn)蛋白類活性物質(zhì)的首選。 2021-4-22 7 二 、 利 用 程 序價(jià)值基因動(dòng)物受精卵或早期胚胎轉(zhuǎn)基因動(dòng)物基因高效表達(dá)分離提取目的基因產(chǎn)物。 2021-4-22

3、 8 三 、 應(yīng) 用 類 型 及 前 景1、本體生物反應(yīng)器2、血液生物反應(yīng)器 3、乳腺生物反應(yīng)器4、輸卵管生物反應(yīng)器 2021-4-22 9 1、 本 體 生 物 反 應(yīng) 器轉(zhuǎn)基因動(dòng)物身體 外源蛋白。需要?dú)⑺绖?dòng)物。轉(zhuǎn)基因蠶和蠅等昆蟲，特色的生物反應(yīng)器。但不適于哺乳類大動(dòng)物。 2021-4-22 10 2、 血 液 生 物 反 應(yīng) 器動(dòng)物血液 外源蛋白。優(yōu)點(diǎn)：血液可再生； 采血較容易； 無須殺死動(dòng)物。肝臟外源蛋白質(zhì)血液。缺點(diǎn)：采血量受限制； 某些外源蛋白質(zhì)進(jìn)入血液會(huì)影響動(dòng)物的健康。 2021-4-22 11 應(yīng) 用 優(yōu) 勢(shì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 人血紅蛋白 解決血液來源問題； 避免血液途徑的疾病感染。轉(zhuǎn)人血

4、紅蛋白基因豬，成分完全相同。 2021-4-22 12 3、 乳 腺 生 物 反 應(yīng) 器動(dòng)物乳汁 外源蛋白，最理想最成功。乳汁產(chǎn)量大；蛋白質(zhì)含量高；采集方便，易于機(jī)械化。乳腺與循環(huán)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立。動(dòng)物本身不受外源活性蛋白成分的影響。 乳汁中蛋白質(zhì)含量為3035g/L，奶牛年產(chǎn)奶1000L，奶山羊年產(chǎn)奶200L。 2021-4-22 13 乳 腺 生 物 反 應(yīng) 器 的 應(yīng) 用 轉(zhuǎn)基因牛或羊，生產(chǎn)昂貴基因藥物。荷蘭：轉(zhuǎn)乳鐵蛋白基因牛，嬰兒免疫力。紅細(xì)胞生成素轉(zhuǎn)基因牛，腫瘤治療。英國(guó)：1-抗胰蛋白酶（ATT）轉(zhuǎn)基因羊， 治療囊性纖維化和肺氣腫。美日：凝血酶原轉(zhuǎn)基因牛，臨床。 2021-4-22 14

5、 4、 輸 卵 管 生 物 反 應(yīng) 器動(dòng)物蛋清 外源蛋白。利用雞蛋生產(chǎn)重組蛋白的研究正在開展。雞的成熟期短，飼養(yǎng)管理簡(jiǎn)單；250枚/年，成本低廉；蛋清蛋黃分離，提取簡(jiǎn)單。轉(zhuǎn)禽類白血病病毒的外殼蛋白基因的轉(zhuǎn)基因雞。 2021-4-22 15 第 三 節(jié) 植 物 生 物 反 應(yīng) 器植物具有易于生長(zhǎng)；管理粗放；技術(shù)要求低的特點(diǎn)。 總費(fèi)用更為低廉。主要目的：生產(chǎn)具有商業(yè)價(jià)值的蛋白質(zhì)及具有特殊化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)。美國(guó)，植物基因藥物90億美元/年。 2021-4-22 16 一 、 生 產(chǎn) 糖 類 物 質(zhì) 全世界年需求： 蔗糖1108t，淀粉1108t?；蚬こ讨参铮岣吆橇亢偷矸酆?。 2021-4-22

6、 17 1、 不 含 直 鏈 淀 粉 的 高 淀 粉 馬 鈴 薯反義RNA技術(shù)，轉(zhuǎn)直鏈淀粉合成酶基因，得到完全不含直鏈淀粉的馬鈴薯。烘烤食品。將細(xì)菌ADP葡糖焦磷酸化酶基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯，淀粉含量提高60。 2021-4-22 18 2、 生 產(chǎn) 環(huán) 化 糊 精 的 馬 鈴 薯環(huán)化糊精糖基轉(zhuǎn)移酶基因轉(zhuǎn)基因馬鈴薯表達(dá)環(huán)狀糊精比化學(xué)合成的成本要低得多 2021-4-22 19 3、 生 產(chǎn) 果 糖 的 煙 草 和 馬 鈴 薯轉(zhuǎn)基因合成新糖類。煙草和馬鈴薯本身不含果糖，將枯草桿菌果糖轉(zhuǎn)移酶基因轉(zhuǎn)入后，可獲得果糖。轉(zhuǎn)基因煙草：果糖占植株干重的38；轉(zhuǎn)基因馬鈴薯：果糖含量，葉片的13，塊莖的17。 2021

7、-4-22 20 4、 生 產(chǎn) 甘 露 醇 的 煙 草大腸桿菌的甘露醇-1-磷酸脫氫酶基因，轉(zhuǎn)入煙草，甘露醇含量6mol/g。海藻糖，食品鮮味添加劑。酵母提取，成本每公斤200美元。Mogen公司和Calgene公司正在嘗試在轉(zhuǎn)基因植物中生產(chǎn)海藻糖。 2021-4-22 21 二 、 生 產(chǎn) 生 物 降 解 塑 料 的 原 料 轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)聚羥基丁酯（PH B），以生物降解塑料取代化學(xué)塑料，根治“白色污染”。1992，美國(guó)，轉(zhuǎn)基因擬南芥，PH B含量1，植株生長(zhǎng)受抑制。1994，美國(guó)，改良轉(zhuǎn)基因擬南芥，PH B14%，植株正常。目前，英國(guó)，轉(zhuǎn)基因油菜 美國(guó)，轉(zhuǎn)基因油菜和大豆。 2021-4-

8、22 22 三 、 生 產(chǎn) 蛋 白 質(zhì) 和 多 肽 利用植物生產(chǎn)各種蛋白質(zhì)、多肽，可以保證正確的加工和折疊，成本較低，更易被公眾所接受。凝血因子水蛭素、外源蛋白、藥用多肽（亮氨酸腦啡肽）以及多種抗體（IgG、IgM、IgG IgA）。 2021-4-22 23 植 物 = 制 藥 廠轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)藥物市場(chǎng)潛能極大：產(chǎn)品成分用途年銷售額（億美元）長(zhǎng)春花堿治療白血病1820（美國(guó)）阿嗎靈循環(huán)系統(tǒng)障礙藥525（全世界）奎寧治療瘧疾510（美國(guó)）致熱素殺蟲劑20（全世界）毛地黃心臟病藥2055（美國(guó)） 2021-4-22 24 植 物 疫 苗利用植物系統(tǒng)生產(chǎn)疫苗，是世界研究熱點(diǎn)。全世界每年1.2108

9、個(gè)新生嬰兒，需注射16種不同疫苗。人們?cè)O(shè)想：食用轉(zhuǎn)基因植物 = 注射疫苗。接種方便；節(jié)約費(fèi)用。 2021-4-22 25 1.人 類 疫 苗利用植物生產(chǎn)動(dòng)物疫苗是二十世紀(jì)九十年代后發(fā)展起來的一個(gè)新研究領(lǐng)域。1994年美國(guó)等人將乙型肝炎病毒表面抗原基因（H BSAY）轉(zhuǎn)移到煙草中，并得到表達(dá)?？乖鞍渍紵煵菘扇苄缘鞍椎?01%，將該蛋白提純后給老鼠注射上，七天后老鼠體內(nèi)產(chǎn)生了抗體。1995年將不耐熱的腸毒素B亞單位（LTB）轉(zhuǎn)移到馬鈴薯，并得到表達(dá)。老鼠吃了轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，七天后產(chǎn)生了相應(yīng)的抗體。 2021-4-22 26 人 類 疫 苗 目前在植物中已獲得滿意結(jié)果的疫苗有：乙肝病毒疫苗、霍亂弧菌

10、疫苗、肺結(jié)核疫苗、產(chǎn)腸毒素大腸桿菌疫苗、呼吸合胞病毒疫苗、狂犬病毒疫苗、涎腺病毒疫苗、輪狀病毒疫苗、麻疹病毒疫苗、牙齲疫苗。 2021-4-22 27 人 類 疫 苗 上述抗原基因已轉(zhuǎn)化的植物有：煙草、馬鈴薯、胡蘿卜、番茄、香蕉、萵苣、羽扁豆、菠菜、玉米等。志愿者吃了生土豆片、萵苣、番茄、香蕉等均產(chǎn)生了良好的免疫反應(yīng)。 2021-4-22 28 目前，番茄、馬鈴薯、萵苣和煙草等植物已被用來生產(chǎn)疫苗。如：諾沃克病毒疫苗，乙型肝炎的表面抗原（H BsAg）香蕉：最合適。易于轉(zhuǎn)外源基因；產(chǎn)量很高；果實(shí)有益健康，易為世人接受。2003年3月，中國(guó)農(nóng)科院生物技術(shù)中心，抗乙肝轉(zhuǎn)基因番茄，具有預(yù)防乙肝作用，

11、被稱為疫苗水果。目前，正處于環(huán)境釋放階段。2004年進(jìn)入市場(chǎng)。 2021-4-22 29 2.動(dòng) 物 疫 苗1999年，Wigderovitz等人將動(dòng)物口蹄疫抗原基因VP1轉(zhuǎn)移到苜蓿，并在苜蓿中得到表達(dá)。該基因后又轉(zhuǎn)移到白三葉草。老鼠、兔子、羊、牛等動(dòng)物吃了轉(zhuǎn)基因牧草后都產(chǎn)生了良好的免疫反應(yīng)。除此之外，已將豬感性胃腸炎冠形病毒疫苗、兔出血病病毒疫苗、犬細(xì)小病毒疫苗等已轉(zhuǎn)移到牧草獲得成功。 2021-4-22 30 植 物 生 物 反 應(yīng) 器 前 景 看 好目前的新領(lǐng)域，吸引眾多公司投資。物質(zhì)種類類型基因來源應(yīng)用范圍轉(zhuǎn)基因植物脂肪 中長(zhǎng)度脂肪酸月桂食品業(yè)、去污劑油菜不飽和脂肪酸兔食品業(yè)煙草飽和脂

12、肪酸油菜食品業(yè)、糖果業(yè)油菜聚羥基丁酸細(xì)菌可降解塑料油菜、大豆、擬南芥 糖無直鏈淀粉馬鈴薯食品業(yè)、其他工業(yè)馬鈴薯環(huán)化糊精細(xì)菌食品業(yè)、醫(yī)藥業(yè)馬鈴薯多聚果糖細(xì)菌食品業(yè)、其他工業(yè)煙草、馬鈴薯淀粉大腸桿菌食品業(yè)、其他工業(yè)馬鈴薯 2021-4-22 31 物質(zhì)種類類型基因來源應(yīng)用范圍轉(zhuǎn)基因植物醫(yī)藥蛋白抗體鼠增強(qiáng)免疫能力煙草抗原細(xì)菌、病毒口服疫苗煙草、番茄、萵苣、馬鈴薯抗原病原物亞基疫苗煙草上皮生長(zhǎng)因子人特殊細(xì)胞增殖煙草紅細(xì)胞生成素人調(diào)節(jié)紅細(xì)胞水平煙草生長(zhǎng)激素鮭魚生長(zhǎng)調(diào)節(jié)煙草、擬南芥水蛭素人工合成凝血酶抑制劑油菜人血清蛋白人原生質(zhì)擴(kuò)張劑煙草、馬鈴薯 干擾素人抗病毒蘿卜 2021-4-22 32 物質(zhì)種類類型基因來源應(yīng)用范圍轉(zhuǎn)基因植物工業(yè)用酶淀粉酶細(xì)菌淀粉的水解煙草、苜蓿葡萄糖酶細(xì)菌釀酒大麥細(xì)胞木質(zhì)素過氧化酶細(xì)菌造紙業(yè)苜蓿植酸酶黑曲霉飼料煙草葡聚糖酶細(xì)菌飼料、造紙業(yè)、食品業(yè)煙草 2021-4-22 33 思 考 題1.名詞 生物反應(yīng)器2.動(dòng)物生物反應(yīng)器的利用程序#3.動(dòng)物反應(yīng)器有哪些類型？#4.利用動(dòng)物生產(chǎn)外源物質(zhì)的價(jià)值表現(xiàn)在哪些方面？#5.植物在生產(chǎn)外源物質(zhì)中的優(yōu)勢(shì)？6.你對(duì)生物反應(yīng)器的設(shè)想如何？